Guía completa de la tecnología de serigrafía para PCB

1.Descripción general de la tecnología de serigrafía

La serigrafía de placas de circuito impreso es un paso fundamental en el proceso de fabricación de placas de circuito impreso, y hace referencia a la capa técnica en la que se imprimen textos, símbolos y marcas en la superficie de la placa de circuito impreso. Estas identificaciones proporcionan información esencial, como la colocación de componentes, indicaciones de polaridad, puntos de prueba y detalles del producto, que son cruciales para el montaje, las pruebas y el mantenimiento de la placa de circuito.

1.1 Funciones y cometidos básicos

• Identificación de componentes: Muestra los designadores de los componentes (R1, C5, U3, etc.) y sus valores (10 kΩ, 100 μF).
• Indicadores de orientación: Dirección de instalación de marcas para componentes polarizados y circuitos integrados
• Información sobre el producto: Incluye los números de modelo de los productos, los códigos de revisión, los datos del fabricante y los códigos de fecha.
• Advertencias de seguridad: Señales de advertencia de zona de alta tensión, zona sensible a la electrostática
• Puntos de prueba: Identifica las ubicaciones de las pruebas y los puntos de medición

1.2 Historia del desarrollo tecnológico

La serigrafía tradicional utilizaba tejidos de malla como plantillas, mientras que la tecnología moderna ha evolucionado hacia diversos procesos de precisión:

• Liquid Photo Imaging (proceso general)
• Tecnología de laminación en seco
• Impresión directa por chorro de tinta
• Imagen directa láser

2. Métodos de proceso y comparaciones técnicas

2.1 Principales procesos de impresión

(1) Fotografía líquida (LPI)

El método de serigrafía más utilizado, que emplea tinta fotosensible y tecnología de fotomáscara:

Características:

• Alta resolución: Ancho de línea de hasta 0,1 mm
• Espesor uniforme: 0,35-0,85 milímetros
• Rentable
• Adecuado para la producción en serie

(2) Proceso de película seca

Utiliza capas fotorresistentes laminadas, con exposición y revelado similares al LPI:

• Resistencia superior a la abrasión
• Amplia gama de espesores: 0,5-5,0 milímetros
• Mayor coste
• Adecuado para aplicaciones de alta fiabilidad

(3) Impresión por chorro de tinta

Patrones de deposición directa de tinta, sin necesidad de máscaras:

• Sin máscaras ni proceso de desarrollo químico
• Cambios de diseño flexibles
• Durabilidad inferior (0,1-0,3 milímetros)
• Adecuado para la creación de prototipos en lotes pequeños

(4) Imagen directa láser

La ablación por láser marca directamente el sustrato:

• No necesita tinta ni máscaras
• Posicionamiento de alta precisión
• Elevada inversión en equipos
• Adecuado para entornos de producción de alta mezcla

2.2 Cuadro comparativo de procesos

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3. Normas y especificaciones de diseño

3.1 Normas de diseño de textos

Según las normas IPC-2221A, los diseños serigráficos deben seguir estas directrices:

• Tamaño del texto: Altura mínima de 1,5 mm, que garantiza la legibilidad
• Colocación: Del mismo lado que los componentes, cerca de las piezas correspondientes
• Orientación Coherencia: Un máximo de dos direcciones de lectura para minimizar la rotación del tablero
• Evitar la obstrucción: No debe cubrir almohadillas, vías o puntos de prueba.
• Requisitos de espacio: Mínimo 0,2 mm de los conductores

3.2 Normas de identificación de componentes

Mejores prácticas de diseño:

1. Marcas positivas/negativas claras para componentes polarizados
2. Primera identificación de patillas para circuitos integrados
3. Marcas de contorno para componentes BGA
4. Numeración de las clavijas de los conectores
5. Símbolos de advertencia de seguridad para zonas de alta tensión

3.3 Recomendaciones para optimizar el diseño

• Zonas densas: Utilice flechas para hacer referencia a espacios vacíos cercanos cuando el espacio sea limitado
• Orificios de montaje: Especificaciones de los tornillos de etiquetado y requisitos de par de apriete
• Información sobre la versión: Marque claramente los números de versión y las fechas de revisión
• Identificación de marca: Colocación coherente de logotipos de empresas y modelos de productos

4. Selección de materiales y requisitos de rendimiento

4.1 Selección del material de la pantalla

4.2 Requisitos de rendimiento de la tinta

Propiedades físicas básicas

• Adhesión: No se despega en las pruebas con cinta 3M
• Dureza: Dureza del lápiz ≥2H
• Resistencia a la abrasión: Sin desgaste significativo tras 100.000 pruebas de fricción
• Viscosidad: 15-25 poise (25 ℃)

Resistencia medioambiental

• Resistencia al calor: Resiste soldadura por reflujo a 260 ℃ (sin plomo).
• Resistencia química: Resistente a disolventes, fundentes y productos de limpieza
• Resistencia a la intemperie: No se degrada con la exposición a los rayos UV y en condiciones de humedad

Propiedades eléctricas (tinta de máscara de soldadura)

• Resistencia del aislamiento: ≥10¹²Ω
• Rigidez dieléctrica: ≥15 kV/mm
• Resistencia al arco: ≥60 segundos

Más información sobre las especificaciones técnicas de los materiales

5. Métodos de control de calidad e inspección

5.1 Normas y métodos de inspección

Inspección visual

• Integridad: Todos los identificadores se distinguen claramente
• Precisión posicional: Desviación de alineación con almohadillas ≤0,1 mm
• Consistencia del color: Sin diferencias locales de color ni contaminación
• Calidad de la superficie: Sin burbujas, grietas ni arrugas

Pruebas de rendimiento

5.2 Inspección óptica automatizada (AOI)

La fabricación moderna de circuitos impresos utiliza ampliamente los sistemas AOI para comprobar la calidad de la serigrafía:

• Reconocimiento de caracteres: Verifica la exactitud y legibilidad del contenido
• Desviación de posición: Detecta la posición relativa a las almohadillas
• Detección de defectos: Identifica las zonas faltantes, contaminadas o dañadas.
• Análisis comparativo: Comparación con archivos Gerber estándar

Precisión de la inspección: Hasta 0,15 mm, garantizando estándares de alta calidad

6. Normas medioambientales y tendencias del sector

6.1 Requisitos de la normativa medioambiental

Restricciones sobre sustancias peligrosas

• Conformidad RoHS: Límites de metales pesados como plomo, mercurio y cadmio
• Requisitos de ausencia de halógenos: Contenido de bromo/cloro cada uno <900ppm, total <1500ppm
• Límites de COV: Tintas base disolvente VOC <500g/L, tintas base agua <50g/L

Certificaciones de normas internacionales

• Certificación UL: Certificación de prestaciones de seguridad
• Cumplimiento de REACH: Registro, evaluación, autorización y restricción de sustancias químicas
• ISO14001Certificación del sistema de gestión medioambiental

6.2 Tendencias de desarrollo de la industria

Innovaciones materiales

• Tintas al aguaReducción del 90% de las emisiones de COV
• Curado UV-LED: Más del 60% de ahorro energético, sin generación de ozono
• Materiales de base biológica: Los recursos renovables sustituyen a los materiales derivados del petróleo

Avances en los procesos

• Impresión de alta precisión: Adaptación a componentes de paso fino y necesidades de miniaturización
• Inspección inteligente: Reconocimiento y clasificación de defectos asistidos por IA
• Fabricación ecológicaReducir los residuos y el consumo de energía

Consultar soluciones de cumplimiento de la normativa medioambiental

7. Preguntas más frecuentes

P1: ¿Cuál es la anchura mínima de línea para la serigrafía de placas de circuito impreso?

Respuesta: La fotocomposición líquida puede lograr una anchura de línea mínima de 0,1 mm, el proceso de película seca de unos 0,15 mm y la impresión por chorro de tinta suele ser de 0,3 mm. Para aplicaciones de alta precisión, se recomiendan las tecnologías LPI o de imagen directa láser.

P2: ¿En qué medida afecta la serigrafía al coste de las placas de circuito impreso?

RespuestaLa serigrafía suele representar entre el 3 y el 5% de los costes de fabricación de placas de circuito impreso, dependiendo de la complejidad del proceso y de los requisitos especiales.La serigrafía simple por una cara tiene costes más bajos, mientras que la serigrafía de alta precisión por las dos caras o multicolor aumenta los costes.

P3: ¿Cómo elegir el proceso de serigrafía adecuado?

RespuestaLos criterios de selección incluyen:

• Tamaño del loteProducción en serie apta para LPI, lotes pequeños
• Requisitos de precisión: La alta precisión requiere LPI o película seca
• Necesidades de durabilidad: Las aplicaciones de alta fiabilidad recomiendan el film seco
• Limitaciones presupuestariasLos proyectos sensibles a los costes pueden considerar el IPV básico

P4: ¿Afecta el color de la tinta serigráfica al rendimiento?

RespuestaEl color afecta principalmente a la estética y el contraste, con un impacto mínimo en el rendimiento básico. Sin embargo, el blanco y el amarillo proporcionan el mejor contraste, mientras que el negro y los colores oscuros pueden ocultar defectos. Algunos pigmentos pueden contener componentes metálicos, lo que exige garantizar el cumplimiento de las normas medioambientales.

P5: ¿Cómo resolver un texto serigrafiado borroso o poco claro?

RespuestaCausas comunes y soluciones:

• Problemas de pantalla: Comprobar la tensión de la pantalla y el grosor de la emulsión
• Viscosidad de la tinta: Ajustar la viscosidad al rango apropiado (15-25 poise)
• Presión de la escobilla de goma: Optimice el ángulo y la presión de la escobilla de goma
• Proceso de curado: Garantizar un curado previo y final adecuados